超声波车位探测器及停车场车位引导系统

1.一种超声波车位探测器，包括MCU处理电路、超声波探头驱动电路、超声波探头、超声波检测电路、以及信号分析电路；所述MCU处理电路与所述超声波探头驱动电路的驱动信号输入端连接，所述超声波探头驱动电路与所述超声波探头连接，所述超声波检测电路的信号输出端与所述信号分析电路的信号输入端连接；其特征在于：所述信号分析电路包括依次相连的选频滤波电路和信号放大电路；
所述信号放大电路包括信号输入电路、运算放大器、以及负反馈电路； 所述信号输入电路包括第一电阻（R1）、第一电容（C1），第一电阻(R1)的第一端为待放大信号的信号输入端、第二端与第一电容（C1）的第一端连接，第一电容（C1）的第二端与所述运算放大器的反相输入端连接；
所述负反馈电路包括第二电阻（R2）、第二电容（C2），第二电阻（R2）、第二电容（C2）的第一端均与所述运算放大器的输出端连接，所述第二电阻（R2）的第二端与所述运算放大器的反相输入端连接，第二电容（C2）的第二端与所述第一电容（C1）的第一端连接； 其中，所述第二电容（C2）为温度敏感电容，其电抗值随温度下降而变小；所述运算放大器的同相输入端输入基准电平；
所述负反馈电路还包括第三电阻（R3），所述第三电阻（R3）的一端与所述第二电阻（R2）的第二端连接、另一端接地。
2.根据权利要求1所述的超声波车位探测器，其特征在于：所述超声波探头驱动电路包括第一超声波探头驱动电路和第二超声波探头驱动电路、所述超声波探头包括第一超声波探头和第二超声波探头、所述超声波检测电路包括第一超声波检测电路和第二超声波检测电路，所述第一超声波探头驱动电路与所述第一超声波探头连接，所述第二超声波探头驱动电路与所述第二超声波探头连接，所述第一超声波检测电路用于检测所述第一超声波探头发出的超声波的回波信号，所述第二超声波检测电路用于检测所述第二超声波探头发出的超声波的回波信号，所述第一超声波检测电路和第二超声波检测电路的信号输出端均与所述信号分析电路的信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述的超声波车位探测器，其特征在于：所述MCU处理电路包括信号比较模块，用于判断信号分析电路传送的超声波回波信号的脉冲宽度是否达到预定的脉冲宽度值以确定车位是否停有车辆。
4.根据权利要求3所述的超声波车位探测器，其特征在于：所述预定的脉冲宽度 值为
500uS。
5.一种停车场车位引导系统，其特征在于：包括信息查询管理系统、至少一个中央控制设备、以及多个管理单元；
所述中央控制设备与所述信息查询管理系统通过互联网连接；
所述管理单元包括至少一个与所述中央控制设备连接的节点控制器、以及多个与所述节点控制器连接的车位探测器；
所述车位探测器为权利要求1至4任意一项所述的超声波车位探测器。
6.根据权利要求5所述的停车场车位引导系统，其特征在于：所述信息查询管理系统包括服务器、以及车位信息查询终端，所述服务器与所述中央控制设备通过互联网连接，所述车位信息查询终端与所述服务器通过互联网连接；所述车位信息查询终端用于接收用户的查询指令，并根据该查询指令从服务器中获取并显示相应的车位信息。
7.根据权利要求5所述的停车场车位引导系统，其特征在于：所述管理单元还包括设置在停车场入口、停车场内、或停车场附近的剩余车位信息显示屏，所述剩余车位信息显示屏与所述中央控制设备连接。
8.根据权利要求5所述的停车场车位引导系统，其特征在于：所述管理单元还包括显示车位是否被预定的车位预定信息显示屏，该车位预定信息显示屏与所述节点控制器连接；所述车位信息查询终端包括车位预定功能模块，用于接收用户的预定指令，并通过所述服务器传递给所述中央控制设备，所述中央控制设备将该预定指令传送给相应的节点控制器，节点控制器根据接收到的预定指令控制被预定车位的车位预定信息显示屏显示车位已被预定的信息。
9.根据权利要求5所述的停车场车位引导系统，其特征在于：所述管理单元还包括与所述车位探测器一一对应的指示灯，每个所述指示灯与其对应的探测器连接。

超声波车位探测器及停车场车位引导系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及交通控制系统，特别是涉及一种超声波车位探测器及一种停车场车位引导系统。\n背景技术\n[0002] 目前，市场上用于停车场车位检测的探测器大多采用一个超声波发射器和一个超声波接收器组成，在超声波接收器后边的解码部分大都采用现成的集成电路，其使用的局限性较大，尤其在选频、滤波、信号放大等方面限制颇多。在实际使用中，故障率及出错率都较大，不能准确的探测到车位，尤其是由于超声波是机械波，是由机械振动产生的波形，机械振动的幅度直接决定了超声波的强弱，而材质的硬度又决定了其振幅，温度对材质的硬度影响很大，所以，温度对超声波的强弱影响很大，现有的车位探测器都没有考滤温度的影响，在低温的条件下，误检率较高。\n[0003] 随着城市现代化、国际化的发展，城市居民汽车拥有量急剧增加，在拥挤的市区里汽车与停车位之间的矛盾越来越突出。如何充分利用有限的停车场资源来最大程度满足车辆的停泊要求，成了当前急需解决的问题。目前停车场车位引导系统存在的问题是系统可管理车位数量规模少，不同停车场之间的车位信息不能有效互通。车主在一个停车场没有找到合适停车位的情况下，不能很快得知其他最近停车场车位信息。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题之一是，提供一种超声波车位探测器，提高探测器在低温环境下的探测准确率。\n[0005] 本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种停车场车位引导系统，实现多车场、多城市间的停车引导。\n[0006] 本发明的技术问题之一通过以下技术手段予以解决：\n[0007] 一种超声波车位探测器，包括MCU处理电路、超声波探头驱动电路、超声波探头、超声波检测电路、以及信号分析电路；所述MCU处理电路与所述超声波探头驱动电路的驱动信号输入端连接，所述超声波探头驱动电路与所述超声波探头连接，所述超声波检测电路的信号输出端与所述信号分析电路的信号输入端连接；所述信号分析电路包括选频滤波电路、以及信号放大电路；其中，所述信号放大电路包括信号输入电路、运算放大器、以及负反馈电路；所述信号输入电路包括第一电阻R1、第一电容C1，第一电阻R1的第一端为待放大信号的信号输入端（即第一电阻R1的第一端连接的可以是选频滤波电路的输出，在有多级放大电路的情况下页可以是前一级放大电路的输出）、第二端与第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端与所述运算放大器的反相输入端连接；所述负反馈电路包括第二电阻R2、第二电容C2，第二电阻R2、第二电容C2的第一端均与所述运算放大器的输出端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述运算放大器的反相输入端连接，第二电容C2的第二端与所述第一电容C1的第一端连接；所述第二电容C2为温度敏感电容，其电抗值随温度下降而变小；所述运算放大器的同相输入端输入基准电平。\n[0008] 为进一步的提高探测器的准确率，优选采用两路平行的探头，两个探头只要有一个检测到车体则表明该车位有车，保证在一路探头出现故障时，仍能够保证探测器正常工作。具体方案如下：所述超声波探头驱动电路包括第一超声波探头驱动电路和第二超声波探头驱动电路、所述超声波探头包括第一超声波探头和第二超声波探头、所述超声波检测电路包括第一超声波检测电路和第二超声波检测电路，所述第一超声波探头驱动电路与所述第一超声波探头连接，所述第二超声波探头驱动电路与所述第二超声波探头连接，所述第一超声波检测电路用于检测所述第一超声波探头发出的超声波信号，所述第二超声波探头用于检测所述第二超声波探头发出的超声波信号，所述第一超声波检测电路和第二超声波检测电路的信号输出端均与所述信号分析电路的信号输入端连接。\n[0009] 经过大量的对比试验证明，人、自行车、杂物等进入探测区所反射的超声波回波信号与车辆反射的超声波回波信号的脉冲宽度具有明显区别，前者的脉冲宽度一般小于\n500uS，而后者的脉冲宽度一般大于500uS，为了避免车位内的人、杂物、自行车等导致探测器误检，所述MCU处理电路包括信号比较模块，用于判断信号分析电路传送的超声波回波信号脉冲宽度是否达到预定的脉冲宽度值以确定车位是否停有车辆。\n[0010] 本发明还提供以下方案以解决上述第二个技术问题：\n[0011] 一种停车场车位引导系统，包括信息查询管理系统、至少一个中央控制设备、以及多个管理单元；所述中央控制设备与所述信息查询管理系统通过互联网连接；所述管理单元包括至少一个与所述中央控制设备连接的节点控制器、以及多个与所述节点控制器连接的车位探测器；所述车位探测器为权利要求前述的超声波车位探测器。\n[0012] 优选地，所述信息查询管理系统包括服务器、以及车位信息查询终端，所述服务器与所述中央控制设备通过互联网连接，所述车位信息查询终端与所述服务器通过互联网连接；所述车位信息查询终端用于接收用户的查询指令，并根据该查询指令从服务器中获取并显示相应的车位信息。\n[0013] 优选地，所述管理单元还包括设置在停车场入口、停车场内、或停车场附近的剩余车位信息显示屏，所述剩余车位信息显示屏与所述中央控制设备连接。\n[0014] 优选地，所述管理单元还包括显示车位是否被预定的车位预定信息显示屏，该车位预定信息显示屏与所述节点控制器连接；所述车位信息查询终端包括车位预定功能模块，用于接收用户的预定指令，并通过所述服务器传递给所述中央控制设备，所述中央控制设备将该预定指令传送给相应的节点控制器，节点控制器根据接收到的预定指令控制被预定车位的车位预定信息显示屏显示已被预定的信息。\n[0015] 优选地，所述管理单元还包括与所述车位探测器一一对应的指示灯，每个所述指示灯与其对应的探测器连接。\n[0016] 本发明与现有技术相比的有益效果：本发明的探测器，在信号放大电路的负反馈电路中选用电抗值随温度降低而减小的温度敏感性电容作为交流负反馈电路的电容，在低温下，由于电容的电抗值下降导致运放器的放大倍数增大，从而放大电路的温度自检测及补偿；本发明的停车场车位引导系统不但应用了前述的探测器，具有前述的效果，而且还采用“云计算机”的概念，将不同城市、不同车场的车位信息通过互联网络共享至停车场车位引导系统，解决了现有停车场车位引导系统车位管理数量少的问题；实现了各不同停车场间的信息互通，司机能在一个停车场内快速查询其它不同停车场的车位信息。\n附图说明\n[0017] 图1是本发明具体实施方式的停车场车位引导系统的系统框图；\n[0018] 图2是图1停车场车位引导系统的信息查询管理系统的系统框图；\n[0019] 图3是图1的车位探测器的结构框图；\n[0020] 图4是图3的两个超声波探头的安装位置示意图；\n[0021] 图5是图3的信号分析电路的工作原理；\n[0022] 图6是图3的信号分析电路的结构框图；\n[0023] 图7是图6的二级放大电路的电路图；\n[0024] 图8是车位无车、车位仅有人或杂物、及车位有车时超声波回波信号的波形对比示意图。\n具体实施方式\n[0025] 下面对照附图并结合优选具体实施方式对本发明进行详细的阐述。\n[0026] 本实施例为一种停车场车位引导系统，由信息查询管理系统、至少一个中央控制设备、以及多个管理单元；中央控制设备与信息查询管理系统通过互联网连接；管理单元包括至少一个与中央控制设备连接的节点控制器、以及多个与节点控制器连接的车位探测器。\n[0027] 如图1、图2所示，信息查询管理系统由服务器、车位信息查询终端、以及定位器组成，该服务器与管理单元的中央控制设备通过互联网连接，接收中央控制设备传送的车位信息；车位信息查询终端根据实际需要安装在道路、街道、停车场等场所，通过互联网与服务器连接，车位信息查询终端包括查询指令输入装置；该终端用于接收用户的查询指令，并根据用户（司机）的查询指令从服务器获取并显示用户所需要的车位信息；定位器与服务器通过互联网连接，其可以内嵌在查询终端中，也可以独立设置，该定位器主要用于帮助司机在陌生的环境中迅速定位自己所在的位置，定位器上安装有读卡器，司机用与该读卡器相匹配的卡刷卡后定位器自动显示司机所在地的位置信息。\n[0028] 如图1所示，一个信息查询管理系统可对应多个中央控制设备，每个中央控制设备对应一个管理单元，该管理单元可包括多个节点控制器、多个泊车引导装置、若干剩余车位显示屏，每个节点控制器对应多个车位探测器以及指示灯；车位探测器与停车场内的每个车位一一对应，其通过485总线与对应的节点控制器连接，将探测到的车位信息通过485总线传递给节点控制器；节点控制器通过CAN总线与中央控制设备连接，用于将其接收到的车位信息传递给中央控制设备；中央控制设备与信息查询管理系统通过互联网连接，用于将其对应区域范围的车位信息传递给信息查询管理系统。本实施例的停车场车位引导系统还设有与探测器一一对应多个指示灯，该指示灯与其对应的探测器连接，探测器将其探测到的车位信息传递给节点控制器的同时也传递给与之连接的指示灯，指示灯通过亮/灭或不同的发光颜色来显示探测结果，该指示灯兼具照明和车位指引作用，目的在于方便司机通过该指示灯远距离观察车位是否已停有车辆；泊车引导装置安装在停车场的转弯处，其与停车场内的节点控制器连接，接收节点控制器传送的车位信息，并根据接收到的车位信息将司机指引至空闲的停车位，该泊车引导装置可以是引导屏或引导指示灯；剩余车位信息显示屏设置在停车场入口、停车场内、或停车场附近，其与中央控制设备通过CAN或\n485总线连接，用于显示某一车场或某一区域内多个车场的剩余车位信息。\n[0029] 本实施例的停车场车位引导系统还包括与车位一一对应的车位预定信息显示屏，该车位预定信息显示屏与节点控制器连接，所述车位信息查询终端包括车位预定功能模块，司机可以通过车位信息查询终端预定指定的车位，车位信息查询终端接收到司机的预定指令后，通过服务器传递给中央控制设备，中央控制设备通过节点控制器控制被预定车位的车位预定信息显示屏显示车位已被预定的信息。\n[0030] 上述中央控制设备的覆盖区域可根据实际需要进行选择，对于拥有上千车位的大型停车场而言，可独立设置一个中央控制设备，而对于规模较小的车厂，则相邻的多个车场可共用中央控制设备，中央控制设备之间也可以通过TCP/IP、CAN、485等总线连接。\n[0031] 如图3所示，为本实施例的车位探测器包括MCU处理电路、超声波探头驱动电路、超声波探头、超声波检测电路、以及信号分析电路，其中超声波探头驱动电路包括第一超声波探头驱动电路和第二超声波探头驱动电路，超声波探头包括第一超声波探头和第二超声波探头，超声波检测电路包括第一超声波检测电路和第二超声波检测电路；第一超声波探头驱动电路和第二超声波探头驱动电路的控制信号输入端均与MCU处理电路连接，第一超声波探头驱动电路与第一超声波探头连接，第二超声波探头驱动电路与第二超声波探头连接，第一超声波检测电路用于检测第一超声波探头发出的超声波的回波信号，第二超声波检测电路用于检测所述第二超声波探头发出的超声波的回波信号，所述第一超声波检测电路和第二超声波检测电路的信号输出端均与所述信号分析电路的信号输入端连接。如图4所示，两个超声波探头分别安装在一个车位不同的方位点，本实施例中，第一超声波探头1和第二超声波探头2均设置车位中间位置附近。\n[0032] 上述超声波车位探测器的工作流程为：MCU处理电路产生的超声波驱动信号交互的发送给两个超声波探头驱动电路，超声波探头驱动电路接收到信号后驱动超声波探头产生超声波，超声波碰到障碍物后被反射形成超声波回波，两个超声波检测电路分别用于检测对应的超声波回波信号，并将信号传输给信号分析电路，信号分析电路对接收到的超声波回波信号进行选频、滤波、放大、模数转换等处理后发送给MCU处理电路，MCU处理电路根据接收到的超声波回波信号进行处理计算后判断车位是否停有车辆，并将该信息发送给节点控制器。\n[0033] 由于超声波为机械波，超声波探头在低温下所产生的超声波信号会变得很弱，是常温下的50%甚至更低，因此本发明还对信号分析电路进行改进，以保证低温环境下探测器的准确率，如图5所示，为信号分析电路的工作原理图。\n[0034] 如图6所示，本实施例的信号分析电路的电路框图，其包括依次相连的选频滤波与初级放大电路，二、三级放大电路，滤波电路，以及A/D转换电路。\n[0035] 如图7所示，本实施例的二级放大电路包括信号输入电路、运算放大器、以及负反馈电路；信号输入电路包括第一电阻R1、第一电容C1，第一电阻R1的第一端与选频滤波及初级放大电路的信号输出端连接、第二端与第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端与所述运算放大器的反相输入端连接；所述负反馈电路包括第二电阻R2、第二电容C2，第二电阻R2、第二电容C2的第一端均与运算放大器的输出端连接，第二电阻R2的第二端与运算放大器的反相输入端连接，第二电容C2的第二端与所述第一电容C1的第一端连接；本实施例的二级放大电路还包括第三电阻R3，其一端与第一电容C1的第一端连接、另一端接地。上述电路中，第二电容C2为温度敏感电容，其电抗值随温度下降而变小，本实施例的第二电容C2在低温下，电抗值变小20%；所述运算放大器的同相输入端输入基准电平Vcc。\n[0036] 该放大电路温度补偿的工作原理是：当探测器周围环境的温度降低时，第二电容C2的电抗值下降，导致第二电容C2所构成负反馈电流值变小，使得运算放大器的反向输入端的输入减小，从而导致运算放大器的放大倍数增大。本发明利用放大电路进行温度自检测及补偿的技术思路是将负反馈电路中的电容改为电抗值随温度下降而变小的电容，而对于具体应用中分析电路的放大电路采用单级放大电路、两级放大电路还是多级放大电路可根据实际需要进行选择，只要其中的一级或多级放大电路采用前述的技术方案，便能够实现本发明的目的，本发明不局限于本实施例的方案。\n[0037] 超声波探测器是通过对超声波的回波信号的分析计算得出车位是否有车，而如果车位中有人、自行车或杂物，均可能影响到超声波回波信号，从而导致探测器检测错误。但如图8所示（图中三个波形图的第一个脉冲均为超声波探头发出的超声波所形成的脉冲，第二个脉冲均为超声波回波所形成的波形），经过大量的对比试验证明：人、自行车、杂物等进入探测区反射产生的回波信号与汽车进入探测区反射产生的回波信号的脉冲宽度具有明显区别，前者的脉冲宽度一般小于500uS，而后者的脉冲宽度一般大于500uS，为了避免车位内的人、杂物、自行车等导致探测器误检，本实施例的MCU处理电路包括信号比较模块，用于判断信号分析电路传送的超声波回波信号的脉冲宽度是否达到预定的脉冲宽度值以确定车位是否停有车辆，若脉冲宽度值大于500uS则表示有车，否则无车。\n[0038] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。